Ежегодно во время рождественских каникул один из профессоров Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке читает цикл лекций перед 550 тщательно отобранными учениками старших классов. Цикл состоит из четырех лекций. В 1976 г. мне было предложено провести этот лекторий, получивший название «Рождественского лектория по вопросам наук имени Альфреда Мирского» — в честь выдающегося ученого, специалиста по изучению ядра клетки, основавшего лекторий в 1959 г.
Чтение подобных лекций задача не простая, хотя и весьма многообещающая. Сложность ее заключается в том, что в подобной аудитории неповторимым образом сочетается живой интерес ко всему новому, свойственный молодости, с поистине устрашающим объемом новейшей информации в отдельных, частных вопросах. Так, мои молодые слушатели, по всей вероятности, знали все про ДНК, но вряд ли имели представление о всех подробностях структуры других составных частей клетки. Обдумывая, каким образом построить лекции так, чтобы они получили правильную картину об организации клетки, я пришел к выводу, что лучше всего отправиться вместе с ними в путешествие по клетке. Это дало бы нам возможность самим уменьшиться до размеров бактерий или соответственно увеличить размеры клетки в миллионы раз, что в конечном итоге свелось бы к одному и тому же. В результате мы могли бы свободно гулять, вернее, плавать по клетке, рассматривая структуру ее составных частей, наблюдать их в действии и разобраться в принципах их функционирования. Чем дольше я проникался этой мыслью, тем больше она мне
нравилась. И, что еще важнее, она пришлась по вкусу и моей аудитории.
Клетки содержат множество сложнейших структур. Естественно, что нам хотелось бы увеличить их до размеров, доступных зрению человека. Это обычно достигается с помощью оптических инструментов и электронных микроскопов. Даже у молекул наблюдается своя анатомия, и значительная часть современной биохимии занята исследованиями правильного ее пространственного изображения. Во время путешествия мы с Нилом Харди, моим неутомимым и преданным помощником, в пределах имеющейся в нашем распоряжении информации очень старались изобразить эти структуры с наибольшей точностью, не поступаясь вместе с тем доступностью изложения. Тем не менее в ряде случаев приходилось прибегать к помощи воображения и отказываться от полемизирования. Невзирая на так называемую «революцию в биологии» наши знания о клетке до сих пор фрагментарны. Биология же как наука развивается очень быстро, и в лучшем случае мне удавалось воспользоваться последними данными, которые, увы, отнюдь не всегда являются окончательными. Что касается иллюстраций, то мне показалось интересным представить работы, имеющие некоторый исторический
интерес. В итоге порой я отдавал предпочтение работе старого мастера, хотя по технике исполнения она и уступала более современной. Наряду с этим в создании этой книги со мной сотрудничали и некоторые современные художники.
Два человека оказали мне бесценную помощь и не только из-за отличного качества и значительности их вклада в работу, но и потому, что благодаря им даже те виды работ, которые часто кажутся нудными, мучительными, порой превращались в истинное наслаждение. Один из них уже упомянутый мной Нил Харди. Будучи талантливым художником, он по собственной инициативе углубился в биохимию и в итоге узнал о ней больше, чем если бы обучался под моим руководством. Я же, пользуясь его добротой, нещадно его эксплуатировал в моих неуклюжих поисках ясности и точности иллюстраций. Вторым ближайшим моим помощником была Элен Джордан Уоддел. В прошлом директор издательства «Рокфеллер Юниверсити Пресс», она прочитывала бесчисленные варианты рукописи, твердой рукой, не признавая половинчатых решений, изымала неправильные конструкции, стилистические погрешности и неудачные формулировки, но при этом всегда помнила о личностных особенностях автора, быть может, даже в тех случаях, когда в этом и не было особой необходимости. И Нил, и Элен впоследствии стали моими добрыми друзьями.
Прежде всего договоримся о том, что такого понятия, как какая-то отдельная живая клетка, нет. Есть только живые клетки, бесчисленное множество их разновидностей. Если мы будем рассматривать даже наиболее очевидные характеристики клеток размеры, форму, характер движения и другие внешние проявления, мы обнаружим их колоссальное разнообразие. При этом основные черты сходства всех клеток могут ускользнуть от нашего взгляда, как это произошло с первыми учеными, работавшими с микроскопом более 150 лет назад. Но если мы с вами, путешествуя, проникнем в глубь клеток, то их сходство выявится. Когда мы достигнем мира субмикроскопических структур и будем знакомиться с их молекулярными функциями, различия между клетками в значительной степени сотрутся. Говоря о живой клетке как об объекте путешествия, мы подразумеваем нечто, объединяющее все живые клетки, обобщающие основные, наиболее характерные проявления жизни.
Растения также состоят из различных типов клеток, объединенных структурными элементами. Но организация растений отличается от животных. Их структура в основном зависит от запасания солнечной энергии, которая утилизируется в специ-альных фабриках световой энергии, зеленых хлоропластах. Если их удалить, то останется нечто, напоминающее животную клетку. Как и у животных, у растений имеются различные уровни организации — от наиболее сложных цветковых растений и деревьев до наиболее просто устроенных одноклеточных водорослей. У их не- фотосинтезирующих сородичей, грибов, также имеются ранги сложности, нисходящие от высших грибов до плесени и дрожжей.
Все эти клетки, составляющие животное и растительное царства, построены по одному общему плану. В частности, их тела имеют в своем составе объемную центральную структуру определенной формы, называемую ядром, и разделены на многочисленные четко выраженные отделения мембранными перегородками. Такие клетки называются эукариотическими (греч. ёи — хорошо, полностью и кагуоп — ядро). Именно эти клетки мы посетим. Путешествие в основном будет проходить в нашем родном царстве животных, и лишь изредка мы будем заглядывать в мир растений.
Чтобы узнать, каким образом построена клетка и как она работает, необходимо прибегнуть к языку химии. А так как процессы химического превращения, происходящие в живых клетках, исключительно важны, следует пользоваться наиболее усложненной формой этого языка. Именно отражением этой сложности и прогресса в понимании химических процессов объясняется бурное развитие биохимии в последние годы.
Однако не все туристы могут оказаться учеными. И будет очень обидно, если вся прелесть и очарование жизни клетки откроются только небольшой группе знатоков, знакомых с миром биомолекул. Разумеется, мы заинтересованы взять с собой как можно больше людей и приложим усилия к тому, чтобы предоставить такую возможность всем желающим. Но все же нам понадобятся некоторые знания химии — без них большая часть путешествия окажется бессмысленной.
Итак, допустим, что все мы в некоторой степени знакомы с концепциями и законами химии. По возможности я буду использовать образы и модели для объяснения основных химических понятий. Полагаю, что научная строгость и точность не пострадают от такого вынужденного упрощения.
При этих условиях, надеюсь, наше путешествие станет возможным для многих. Более того, думаю, что у всех путешественников возникнет желание глубже проникнуть в мир молекул, так как наслаждение от изучения жизни живой клетки станет еще больше. Ведь для того, чтобы любоваться пирамидами и сокровищами фараона Тутанхамона, вовсе не обязательно быть египтологом. Однако, чем больше вы узнаете историю этих знаменитых объектов, тем больше удовольствия и пользы получите от их созерцания.
Нам предстоит посетить незнакомый мир, удивительный, таинственный и в то же время очень далекий от наших повседневных представлений. Это мир, который существует в каждом из нас и в любом живом организме, увеличенный более чем в 10 миллиардов раз. Все организмы состоят из одной или более единиц микроскопических размеров, называемых клетками, которые, находясь в определенных условиях, способны вести независимую жизнь. Путешествуя по клетке, мы с вами будем рассматривать жизнь в ее наиболее элементарной и основной форме. Но вначале сделаем краткое вступление.

Клетки измеряются в микронах (1 мкм — одна миллионная часть метра), молекулы в нанометрах (1 нм—одна миллиардная часть метра). Столь малые частицы очень трудно увидеть глазом. Возьмем, к примеру, среднюю клетку эукариотов. Неравномерно сферическая по форме, она имеет диаметр около 25 мкм, или 2,5 тысячных сантиметра, так что один миллиард клеток поместится плотно в 2,5 кубических сантиметра. Диаметр бактерий составляет около 1 мкм; в одну клетку эукариотов может поместиться свыше 10 000 бактерий. Многие вирусы настолько малы, что тысячи их могут занять одну бактериальную клетку, или же десятки миллионов миллиардов поместятся в одном кубическом сантиметре. Это невозможно даже представить!
В нашем путешествии мы преодолеем это препятствие, уменьшившись до размеров бактерии, то есть примерно в миллион раз во всех трех измерениях. Другими словами, мы останемся такими, как есть, но все наше окружение увеличится в миллион раз. Увеличенная во столько раз Земля окажется гораздо дальше положения Солнца, лучу света понадобится более 18 часов для прохождения от одного полюса до другого, а клетка вырастет до размеров- большой аудитории. Теперь мы с вами можем остановиться на любой части клетки, привлекшей наше внимание, и различить отдельную ее деталь, вплоть до молекулы.
Биология, как геология и космология, тесно связана с историческими событиями. Объекты ее исследования насчитывают возраст около нескольких миллиардов лет. Это четвертое измерение стало очевидным только около 200 лет назад, когда были обнаружены окаменелости, которые, как доказали ученые, не являются жертвами Великого потопа или шалостями некоего божества, посадившего несколько мертвых видов среди живых особей (так полагали некоторые). Это были кости и оболочки давно вымерших животных, окаменевшие отпечатки растений, которые пышно цвели много тысячелетий назад. По мере разработки методов определения возраста в геологии исторические события начали проясняться: чем древнее были остатки ископаемых, тем примитивнее оказывался уровень их организации. Так, выяснилось, что моллюски появились раньше рыб, развитие которых в свою очередь предшествовало возникновению пресмыкающихся. Птицы и млекопитающие появились позже, за ними последовало появление первых гуманоидов. На основании полученных учеными данных в первой половине XIX в. была создана концепция эволюции живых организмов, вершиной которой явилось опубликование в 1859 г. Ч. Дарвином основополагающей работы «Происхождение видов путем естественного отбора».
Хотя окаменелые остатки содержат ключи к разгадке эволюции клеток, недавние достижения в области биохимии и молекулярной биологии снабдили нас новыми мощными средствами, позволившими воспроизвести прошлое путем исследования настоящего. Открытия в этой области вызвали большой интерес, и четвертое измерение вошло в биологию клетки и проникло в концепции о живой клетке и ее составе. В таком путешествии, как наше, мы не можем пройти мимо этих фактов. Поэтому иногда, делая остановку, мы с вами будем возвращаться к происхождению и эволюции наблюдаемых явлений.

Чуть более 300 лет отделяют нас от того времени, когда впервые была замечена живая клетка; ныне мы являемся свидетелями массового внедрения туризма и средств популяризации в этой области. Каждая веха, возникшая на пути, который вел исследователей в глубь клетки, связана с появлением нового инструмента или прибора. Вот почему нам следует остановиться на основных этапах этого пути.

Добро пожаловать в интересный мир молекул и клеток

Разделы сайта
Календарь обновлений
«    Июнь 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
 
Архив новостей
Облако тегов
Популярные новости
Наш опрос